化工企业气动调节阀选型要点研究

    1、引言

    化工企业的自动化生产过程控制要求精度高，安全可靠性严，其终端控制元件的准确、快速调节是不可或缺的重要一环，控制结果必须保证工艺指标要求，衰减比、超调量不超出工艺允许范围。对此，如何选择适用的气动调节阀类型，使之在工艺控制回路中安全可靠、经济适用，是仪控设计和管理人员普遍关心的问题。气动调节阀的选择一般从以下四个方面考虑：1）调节阀结构和类型。2）流量特性。3）流量系数与阀的口径。4）材料和辅助装置。

    2、气动调节阀的结构和类型

    气动调节阀由执行机构和阀门组成，执行机构接收输入气源信号，产生推力，使推杆位移，推动阀门开关动作；阀门是与管路联接的阀体组件，它接受执行机构的推杆推力，改变阀杆位移，改变阀门开度，控制流量的变化。调节阀的产品类型很多，结构多种多样，选择时应综合考虑调节功能、泄漏等级、耐压能力、切断压差、腐蚀性、冲蚀和汽蚀、性价比、维护保养方便程度。从经验而言，选择顺序应为：单（双）座控制阀、笼式控制阀、偏心旋转阀、蝶阀、角阀、球阀。

    气动调节阀有气开与气关两种类型。确定调节阀开关方式的原则是：当信号压力中断时，应保证工艺设备和生产的安全。如果阀门
在信号中断后处于打开位置，流体不中断最安全，则选用气关阀；如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置，流体不通过最安全，则选用气开阀。

    3、气动调节阀的流量特性

    介质流过阀的相对流量Q与阀芯相对行程L之间的函数关系：

    Q=f（L）

    当调节阀两端压差保持不变时，阀的流量特性称为固有流量特性。固有流量特性主要有直线、等百分比、抛物线和快开等四种类型。

    在生产中阀的固有流量特性有直线、等百分比和快开3种。抛物线特性介于直线与等百分比之间，一般用等百分比特性来代替。快开特性主要用于二位式控制，一般情况下，阀两端压差不可能永远保持不变，这时阀的固有流量特性发生畸变，阀在工作条件下的特性称为工作流量特性。这时在确定流量特性时要引入一个称为阀阻比的系数S=△Р/∑△Р

    ∑△Р为系统总压差，是阀、全部工艺设备和管路系统上的各压差之和。

    从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析：

    1）从控制系统的控制质量方面分析

    对于一个简单的控制系统，它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的，系统的总放大系数K=K₁K₂K₃K₄K₅

    K₁-K₅分别表示变送器、调节器、执行器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下，要使控制系统能保持预定的控制指标，希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。一般在一个确定的系统里，K₁-K₃的系数是固定不变的，只有对象的放大系数K随负荷的变化而变，保证K₄K₅的乘积是个常数就保证了系统的总放大系数K是个稳定值。

    2）工艺配管情况分析

    调节阀总是与管道设备连在一起使用的，管道阻力会使阀的工作特性与固有特性不同。所以，应根据对象的特性，选择合适的工作 特性，再根据配管情况选择相应阀的固有流量特性。考虑工艺配管情况时，可参照表3-1来选择阀的固有特性。

    从表3-1看，当S=1-0.6时，所选固有流量特性和工作流量特性一致。当S<0.3时，特性曲线畸变严重不宜控制。

    3）从负荷变化情况分析

    直线特性调节阀在小开度时流量相对变化量大，过于灵敏，容易引起振荡，阀芯阀座易损坏，故在S值小、负荷变化幅度大的场合不宜采用。等百分比阀的放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化量恒定不变。

    4、气动调节阀的口径

    调节阀口径的确定是在计算阀流量系数C_V的基础上进行的。流量系数是指在阀门全开条件下，阀两端压差△Р为100Kpa，流体密度
p为1g/cm³时，通过阀的流体体积流量为Q（m³/h），其节流公式为：

    Q=C（4—1）

    C是一个比例系数，它与流量系数的关系是m倍，即C=mC。当流量特性为直线型时m=1.63，当流量特性为等百分比型时m=1.97。

    式（4-1）是当测量介质为液体时的计算方法，当测量介质为气体时应考虑温度和压力对介质体积的影响，其C值的计算分两种情况：

    当阀前后压差△Р小于0.5倍的阀前压力Р₁，即△Р<0.5P₁时

        （4-2）

    式（4-2）中P₂为阀后压力。

    a）Р≥0.5P₁时 

        （4-3）

    另外，当介质为过热蒸汽时，计算C值要考虑蒸汽的过热度。

    确定完Cv值以后，要对调节阀的开度进行验算，要求最大流量时阀开度不大于90%，最小流量时开度不小于10%，在正常工况下，阀门开度应在1.5%-85%之间.最后根据C值确定调节阀口径。

    5、气动调节阀的材料和辅助装置

    调节阀的阀体选用铸铁材质，耐压等级，使用温度范围、耐腐蚀等方面应不低于对工艺管道的要求，但在介质为易燃易爆的流体时应作特殊考虑。阀芯、阀座材质的选用应考虑到流体中是否有固体颗粒产生的磨损和气蚀作用对阀内件的冲击。一般对于非腐蚀性流体，常选用不锈钢；对于腐蚀性较强的流体，可选用堆焊硬质合金或喷涂材质。另外当操作介质高于+200℃时，要选择带散热片的上阀盖。调节阀的辅助装置主要有阀门定位器、电磁阀、回讯开关、过滤减压器、保位阀等。阀门定位器是调节阀的一个重要附件，常见的有气动阀门定位器和电气阀门定位器两种。它主要用于：高压差的场合；高压、高温或低温介质的场合；介质中含有固体悬浮物或黏性流体的场合；调节阀口径较大的场合；实现分程控制；改善调节阀的流量特性。

    电磁阀的作用是快速地切断和接通气源，使阀处于完全通、断的位置，多用于安全放空阀。回讯开关是需要在控制室实时监测到阀位的信号才选用的。保位阀的选择是根据工艺状况，当气源切断时，阀位要求保持在一定的位置上，但这种情况不多见。

    6、结束语

    况时，可参照表3-1来选择阀的固有特性调节阀是自动控制系统中一个重要的环节，若选择计算不准确，使用维护不得当，将直接影响控制系统的控制质量，甚至造成严重的生产事故，为此，对调节阀的正确选用，安装和维修等各项工作都必须高度重视。调节阀的选型和应用是一个专业性强、涉及的技术领域广的系统工作，要做好这个工作，不仅要在理论上充分了解它的各种特性，而且要结合实际使用经验来综合分析判断，做到理论和实践科学地结合起来。